蔡立彬，徐一超

（1.安徽交通控股集團(tuán)合安高速公路管理處，安徽 安慶 230008；2.在役長大橋梁安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211112；3.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112）

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安慶長江公路大橋車輛通行狀況分析

蔡立彬1，徐一超2，3

（1.安徽交通控股集團(tuán)合安高速公路管理處，安徽 安慶 230008；2.在役長大橋梁安全與健康國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211112；3.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211112）

摘要：文章以安慶長江公路大橋?yàn)槔?，基于動態(tài)稱重系統(tǒng)實(shí)測數(shù)據(jù)，對橋梁通行車輛的軸重、軸數(shù)、車速等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，具體研究車輛超載超速狀況，全面了解橋梁通行車輛狀況，建議嚴(yán)格控制6軸車輛的載重量并對全橋車輛的通行速度進(jìn)行一定的限制。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；車輛荷載；動態(tài)稱重；超限；超速

公路橋梁交通荷載在時(shí)間和空間分布上具有較強(qiáng)的隨機(jī)特性，為了解并掌握其運(yùn)行規(guī)律和分布特點(diǎn)需要進(jìn)行交通荷載調(diào)查和合理的統(tǒng)計(jì)分析［1-2］。常用的車輛交通荷載調(diào)查方法包括［3］載貨車輛調(diào)查法、檔案印證法和動態(tài)稱重（Weight-in-Motion，WIM）監(jiān)測，其中WIM系統(tǒng)不僅能測量出車輛的整車重量，而且還能獲得車輛的其他信息，比如軸重、軸距、車速和車輛類型等，不僅大大提高了超載執(zhí)法的效率和交通監(jiān)控的有效性，而且能夠?yàn)槁访嬖O(shè)計(jì)、交通管理和運(yùn)輸安全及時(shí)提供大量的數(shù)據(jù)信息。目前，車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)已經(jīng)在歐洲、北美洲的許多國家和澳大利亞、新西蘭等地被大量應(yīng)用，且從高速公路的應(yīng)用一直延伸到鐵路和橋梁。其中，美國對車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的應(yīng)用最為普遍，己形成公路交通保護(hù)網(wǎng)。如2003年，美國僅在印第安納州和德克薩斯州的主要高速公路上就分別約有46個(gè)和21個(gè)永久性車輛動態(tài)稱重站，這些車輛動態(tài)稱重站形成遍及全州的交通數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)網(wǎng)和車輛載重?cái)?shù)據(jù)庫［4］。但美國現(xiàn)使用的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)在造價(jià)和性能上參差不齊，各稱重系統(tǒng)所測量的精確度基本上與其造價(jià)成正比。所以美國聯(lián)邦一直提倡開發(fā)和推廣低造價(jià)的WIM系統(tǒng)。相比于發(fā)達(dá)國家，我國對WIM系統(tǒng)的研究起步較晚，在推廣使用方面也較為落后［5］。近年來，國內(nèi)對動態(tài)稱重技術(shù)的研究發(fā)展迅速，己初步形成了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，但是與國外相比，產(chǎn)品的應(yīng)用還沒完全成熟，系統(tǒng)的精度和允許通過車輛的行駛速度還有很大的進(jìn)步空間。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科研實(shí)力的不斷增強(qiáng)，動態(tài)稱重系統(tǒng)的市場需求量也越來越大，在公路自動化交通調(diào)查、稱重收費(fèi)、軸載檢測、限重執(zhí)法等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

1　安慶大橋動態(tài)稱重系統(tǒng)（WIM）簡介

安慶長江公路大橋是安徽省八百里皖江上游的第2座長江公路大橋，是國家“十五”重點(diǎn)工程，也是國家高速公路網(wǎng)的重要組成部分，于2004年正式建成通車。主橋?yàn)?跨連續(xù)雙塔雙索面剛箱斜拉橋梁，全長1 040 m，主跨長510 m。隨著“十二五”期間安徽經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，運(yùn)輸車輛尤其是大型重車的增多，公路橋梁現(xiàn)象日益嚴(yán)重，在車輛荷載的反復(fù)作用下，橋梁易發(fā)生結(jié)構(gòu)性損傷。2013-07，為保證大橋的安全運(yùn)營及為大橋的養(yǎng)護(hù)維修提供科學(xué)依據(jù)，建成了安慶長江公路大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。

車輛荷載是運(yùn)營期橋梁的主要荷載之一，車輛超載則是橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷的主要原因。動態(tài)稱重系統(tǒng)（WIM）作為安慶大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測大橋中跨位置的車輛載荷與交通流數(shù)據(jù)。如圖1、圖2所示，在安慶長江公路大橋南北兩端分別安裝動態(tài)稱重系統(tǒng)，首先對進(jìn)入大橋的車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，高清攝像機(jī)安裝在就近的LED屏龍門架上。南北兩端的監(jiān)測系統(tǒng)分別將采集到的車輛數(shù)據(jù)通過現(xiàn)有光纜實(shí)時(shí)傳送給管理中心的監(jiān)測系統(tǒng)。大橋上南北兩塔分別安裝高清攝像機(jī)，對行駛至大橋接近中跨位置的車輛進(jìn)行二次抓拍，并將采集到的車輛數(shù)據(jù)通過現(xiàn)有光纜實(shí)時(shí)傳送給管理中心的監(jiān)測系統(tǒng)。通過間接方式即可實(shí)時(shí)獲得大橋中跨位置的車輛載荷與交通流數(shù)據(jù)。

圖1　動態(tài)稱重系統(tǒng)平面布置示意圖

2　基于WIM的安慶大橋車輛超載超速分析

汽車荷載（動荷載）是橋梁設(shè)計(jì)考慮的主要活載，也是導(dǎo)致橋梁破壞的主要原因之一。動荷載是由于汽車受到橋面不平順的激勵產(chǎn)生的振動引起的，汽車和橋梁的振動是耦合在一起的，所以汽車作用于橋梁的動態(tài)荷載與汽車質(zhì)量（載重)、汽車速度與橋梁類型、路面不平順等因素有關(guān)。本文對2014-10-05安慶大橋動態(tài)稱重系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行超載超速分析。

圖2　車牌抓拍布設(shè)示意圖（單位：m）

按照我國國家劃分各類汽車標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，微輕型車軸重為6 t以下，中型車為6~14 t，重型車為14 t以上。2014-10-05T0∶00~23∶59，安慶大橋共計(jì)通行車輛24 222輛，其中微輕型車19 715輛，中型車1 135輛，重型車3 372輛。全天全橋雙向4車道通行車輛中各軸數(shù)車輛的通行量和最大稱重見表1，其中最大稱重達(dá)到122.93 t，是超限標(biāo)準(zhǔn)的2.24倍。大量超限車輛長期在橋面上行駛會造成橋面鋪裝大面積損壞，進(jìn)而導(dǎo)致橋梁損壞?；诜Q重系統(tǒng)對車輛各軸數(shù)下的超載車輛數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表2。由表2可以看出安慶大橋通行車輛超載嚴(yán)重，超載率達(dá)6.22%，尤其是6軸及6軸以上的車輛超載率達(dá)到68.8%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其它軸數(shù)車輛的超載率。

表1　動態(tài)稱重系統(tǒng)最大車輛荷載統(tǒng)計(jì)

表2　動態(tài)稱重系統(tǒng)超載通行量統(tǒng)計(jì)

對2014-10-05安慶大橋全天車輛通行車速進(jìn)行分析，其中最高車速為160 km/h，平均車速為83.6 km/h，車速分布示意圖見圖3。由圖3可以看出，通行車輛車速主要在50~110 km/h，與設(shè)計(jì)車速100 km/h相比，超速的車輛達(dá)到4 194輛，占到總通行量的17.31%；與高速公路的最大設(shè)計(jì)車速120 km/h相比，超速車輛達(dá)到372輛，占總通行量的1.54%。綜上所述，從行車安全性和橋梁安全性（降低動力放大系數(shù)）的角度出發(fā)，有必要對全橋通行車輛的速度進(jìn)行一定的限制。

圖3　安慶大橋全天車輛通行車速分布示意圖

3　基于長期監(jiān)測數(shù)據(jù)的車輛通行狀況分析

按照交通運(yùn)輸部等七部委于2004 -04-30發(fā)布的“關(guān)于在全國開展車輛超限超載治理工作的實(shí)施方案”，對于2軸車輛車身和貨物總重超過20 t、3軸車輛車貨總重超過30 t、4軸車輛車貨總重超過40 t、5軸車輛車貨總重超過50 t、6軸及六軸以上車輛車貨總重超過55 t等5種情形應(yīng)認(rèn)定為超限超載車輛。本文對2015-03全月安慶大橋動態(tài)稱重系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，具體包括：（1)通行車輛總軸重分析，對每天不同超載程度的車輛數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分為55 t（超載）、70 t（超載30%）、100 t（超載80%），結(jié)果見圖4；（2)通行車輛總軸數(shù)統(tǒng)計(jì)，對統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)不同軸數(shù)的車輛數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分為2軸、3軸、4軸、5軸、6軸、6軸以上車輛，結(jié)果見圖5；（3)通行車輛方向和車流量統(tǒng)計(jì)，對每天在橋上通行車輛，按照通行方向進(jìn)行車流量統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見圖6。

基于以上對通行車輛各特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律的研究可以發(fā)現(xiàn)：（1)安慶長江大橋日車流量在1.5萬~2.5萬（其中由于2015-03初屬于春運(yùn)回城期，車流量較高，特別地03-05是元宵節(jié)，車流量明顯回落）；（2)通行車輛以2軸車為主（小汽車或2軸火車），占比接近80%，6軸車次之，比例高達(dá)10%，即每天有接近2 000輛左右的6軸貨車通過安慶大橋，同時(shí)該類車也是超載的主要車型；（3)每天的通行車輛中有800輛左右的車輛超載，其中一半的車輛超載超過30%，超載超過80%的車輛數(shù)量較少但是仍然存在。

圖4　2015-03安慶大橋超重車輛統(tǒng)計(jì)

圖5　2015-03安慶大橋車流量統(tǒng)計(jì)

圖6　安慶大橋車輛軸數(shù)分布圖

在此基礎(chǔ)上，本文對2014年全年安慶大橋動態(tài)稱重系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見圖7和圖8，其中設(shè)計(jì)車速100 km/h，設(shè)計(jì)荷載汽車-超20級，掛120。結(jié)合統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)安慶大橋超速車輛占總通行量的10%，其中超速10%以上的達(dá)3.57%；安慶大橋車輛超載現(xiàn)象較為嚴(yán)重，超載率達(dá)11.08%，其中超載超過80%（100 t以上載重）的車輛仍然存在。

4　結(jié)論

基于動態(tài)稱重系統(tǒng)實(shí)測數(shù)據(jù)，本文對安慶長江公路大橋通行車輛組成和車輛超載超速進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，對橋梁車輛的實(shí)時(shí)情況有了較深入了解，發(fā)現(xiàn)安慶大橋通行車輛中超載車型以6軸車為主，每天仍存在一定數(shù)量的車輛屬于嚴(yán)重超載，超速現(xiàn)象仍屢見不鮮，因此結(jié)合本文分析對橋梁運(yùn)營管養(yǎng)工作提出如下兩點(diǎn)建議：

圖7　安慶大橋超重車輛統(tǒng)計(jì)

圖8　安慶大橋車流量統(tǒng)計(jì)

（1）大量超限車輛長期在橋面上行駛會造成橋面鋪裝大面積損壞，鋼箱梁發(fā)生嚴(yán)重疲勞，易造成橋梁損壞。因此需要加強(qiáng)對大橋上通行車輛的過橋管理，尤其是對于六軸車輛需要嚴(yán)格控制載重量，對于超載嚴(yán)重車輛需強(qiáng)制采取卸貨、分流、單獨(dú)通行等措施，減輕橋梁負(fù)擔(dān)，確保交通安全。

（2）從行車安全性和橋梁安全性（降低動力放大系數(shù)）的角度出發(fā)，有必要對全橋通行車輛的速度進(jìn)行一定的限制，考慮在橋上試實(shí)行超速罰款扣分等處罰措施。

參考文獻(xiàn)

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Analysis of Vehicle Traffic Condition of Anqing Yangtze River Bridge

Cai Libin1， Xu Yichao2，3
（1. Hean Expressway Management Department， Anhui Transportation Holding Group Co.， Ltd.， Anqing 230008， China；2. The State Key Laboratory on Safety and Health of In-service Long-span Bridges， Nanjing 211112， China；3. JSTI Group， Nanjing 211112， China）

Abstract:Taking Anqing Yangtze river bridge as an example， the axe load， number of axles and the speed of vehicle passing bridge are analyzed statisticaly based on the measured data of WIM. Meanwhile， the overload or overspeed of vehicle are researched and the traffic condition of bridge is comprehensively understood. It is suggested that the load carrying capacity of vehicles with six axis should be controlled strictly and traffic speed of vehicles should be limited.

Key words:bridge engineering； vehicle load； dynamic weighing； overloading； overspeed

中圖分類號：U446.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672–9889（2016）03–0036–04

收稿日期：（2016-02-26）

作者簡介：蔡立彬（1975-），男，安徽霍山人，工程師，主要從事軌高速公路與橋梁的運(yùn)營養(yǎng)護(hù)管理工作。